myrada: antenas multi-haz para satélite
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MYRADA: “Subsistemas avanzados de antenas múltiples para comunicaciones de banda ancha terrestres y por satélite”, TEC2016-75103-C2-1-R (2017-2020)
MYRADA: Antenas multi-haz para satélite
Para las comunicaciones de banda ancha por satélite, el objetivo
principal es desarrollar nuevos conceptos para mejorar la
capacidad de canal (dar mejor servicio a un mayor número de
usuarios) y reducir el número de antenas necesarias en el satélite
para proporcionar una cobertura celular en una determinada región
geográfica, por ejemplo en Europa. Hoy en día, estos satélites
utilizan 4 antenas reflectoras de unos dos metros de diámetro para
generar alrededor de cien haces para una cobertura típica
europea. Los haces se van alternando en frecuencia y polarización
(se emplean dos sub-bandas de frecuencia, f1 y f2 y dos
polarizaciones p1, p2, para mitigar la interferencia entre haces
próximos), lo que habitualmente se denomina cuatro colores (ver
figura). Cada una de las antenas genera los haces de un color
(combinación de frecuencia y polarización), que una vez
imbricados adecuadamente completan la cobertura. La
reutilización de frecuencia y polarización, permite dar servicio a un
elevado número de usuarios con un ancho de banda limitado, por
ejemplo de 19.2 a 20.2 GHz.
f1, p1
f2, p1f1, p2
f2, p2
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Se han propuesto y diseñado 3 configuraciones de antenas reflectarray multihaz que permitirían reducir el número
de antenas en el satélite de cuatro a dos, para transmisión (Tx) y recepción (Rx). Esto es muy importante porque
reduce el peso y volumen en el satélite, o deja espacio para colocar otras antenas en el mismo satélite. Para ello,
se han empleado reflectarrays, tanto sobre superficies planas como sobre superficies curvas.
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MYRADA: Antenas multi-haz para satélite
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MYRADA: Configuraciones para generar toda la cobertura con 2 antenas
Parameter
Config. 1 Config. 2 Config. 3
Antenna configuration Single aperture Dual configuration Single aperture
Aperture type Flat Parabolic (main) + flat (sub) Parabolic
Number of beams per feed 4 colors 2 colors 2 colors
Frequency bands1
(Tx or Rx)
2
(Tx and Rx)
2
(Tx and Rx)
500 MHz – freq. sub-bands Hard to implement Readily achievable Readily achievable
Operation in CP Hard to implement Readily achievable Readily achievable
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Se ha diseñado un reflectarray de 1,8m de diámetro que genera 64
haces con 16 alimentadores (4 haces/alimentador en 2 polarizaciones y
2 frecuencias. La generación de 2 haces a distinta frecuencia se realiza
utilizando el fenómeno de “beam squint” [1]
La técnica de diseño se ha validado mediante un demostrador de 40cm
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Configuración 1: Reflectarray plano que genera 4 haces por alimentador en 2
polarizaciones y 2 frecuencias
[1] D. Martinez-de-Rioja et al, “Reflectarray to generate four adjacent beams per feed
for multispot satellite antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, Feb. 2019.
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8529238&isnumber=8636396
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Esta configuración de antena
permite implementar distribuciones
de fase independientes en cada
polarización lineal en el sub-
reflectarray (discriminación en
polarización lineal, que es más
simple) y luego transformar la
polarización lineal doble en
polarización doble circular en el
reflectarray parabólico principal [2].
En esta configuración, la cadena
de alimentación se simplifica,
puesto que cada alimentador opera
en polarización lineal doble.
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Configuración 2: Reflectarray parabólico y sub-reflectarray plano (Tx & Rx)
[2] E. Martinez-de-Rioja, J. A. Encinar, A. Pino and Y. Rodriguez-Vaqueiro, "Broadband Linear-to-Circular
Polarizing Reflector for Space Applications in Ka-Band," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation.
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9016352&isnumber=4907023
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Se ha diseñado un reflectarray parabólico de 1,8m de diámetro
que genera 54 haces en TX y RX con 27 alimentadores: 2
haces/alimentador en polarización circular ortogonal,
empleando la técnica de rotación variable (VRT) [3]. Los haces
tienen un ancho de haz de 0,65º y una separación de 0.56º. En
las figuras se representan los haces en las frecuencias de Tx
(19,7 GHz) y Rx (29,5 GHz).
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Configuración 3: Reflectarray parabólico
[3] D. Martinez-de-Rioja, R. Florencio, E. Martinez-de-Rioja, M. Arrebola, J. A. Encinar and R. R. Boix, "Dual-Band Reflectarray to Generate
Two Spaced Beams in Orthogonal Circular Polarization by Variable Rotation Technique," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation.
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9014547&isnumber=4907023